(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方支持基板と下方支持基板の間に半導体基板を挟持して配置した構造を有し、前記半導体基板はその上端を上方支持基板と、その下端を下方支持基板とそれぞれ接合され、かつ開口を有するフレーム部と、その開口内に配置された重錘体と、前記重錘体と前記フレーム部とを可撓性を持って接続する接続部と、により構成されるセンサ部を有し、前記上方支持基板はその下面に上方電極を有し、さらに前記下方支持基板はその上面に下方電極を有し、前記上方電極と前記センサ部、及び前記下方電極と前記センサ部とで上下に容量素子を形成した力学量検出センサであって、
前記半導体基板は、前記フレーム内に配置され、前記上方支持基板と前記下方支持基板を連結し不純物を含んだシリコンからなる支柱を備え、該支柱の上端あるいは下端の少なくとも一方に、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱とを連結し、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕのうちのいずれかよりなる導電性材料からなる連結部を有し、
前記上方電極および前記下方電極は、容量素子の静電容量変化を検出する検出用電極と、前記重錘体を上下方向に振動駆動させる駆動用電極とを含み、さらに前記上方電極または前記下方電極はそれぞれ該電極と一体かつ、延長して構成された配線部を有し、前記支柱は前記連結部により前記配線部と接続され、前記上方支持基板および／または前記下方支持基板とを連結されており、
前記支柱は、その上端あるいは下端のいずれか一方の端面及び前記支柱の側面に対して切欠部を有し、
前記連結部は、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱との連結に先立ち前記支柱の上端あるいは下端から突出するように前記切欠部に配設され、連結時に潰れて前記配線部と接続されていることを特徴とする力学量検出センサ。
【請求項２】
上方支持基板と下方支持基板の間に半導体基板を挟持して配置した構造を有し、前記半導体基板はその上端を上方支持基板と、その下端を下方支持基板とそれぞれ接合され、かつ開口を有するフレーム部と、その開口内に配置された重錘体と、前記重錘体と前記フレーム部とを可撓性を持って接続する接続部と、により構成されるセンサ部を有し、前記上方支持基板はその下面に上方電極を有し、さらに前記下方支持基板はその上面に下方電極を有し、前記上方電極と前記センサ部、及び前記下方電極と前記センサ部とで上下に容量素子を形成した力学量検出センサであって、
前記半導体基板は、前記フレーム内に配置され、前記上方支持基板と前記下方支持基板を連結し不純物を含んだシリコンからなる支柱を備え、該支柱の上端あるいは下端の少なくとも一方に、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱とを連結し、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕのうちのいずれかよりなる導電性材料からなる連結部を有し、
前記上方電極および前記下方電極は、容量素子の静電容量変化を検出する検出用電極と、前記重錘体を上下方向に振動駆動させる駆動用電極とを含み、さらに前記上方電極または前記下方電極はそれぞれ該電極と一体かつ、延長して構成された配線部を有し、前記支柱は前記連結部により前記配線部と接続され、前記上方支持基板および／または前記下方支持基板とを連結されており、
前記支柱は、その上端あるいは下端のいずれか一方の端面及び前記支柱の側面に対して切欠部を有し、該切欠部に前記連結部が配設され、
前記連結部の一部は、前記支柱の側面からはみ出していることを特徴とする力学量検出センサ。
【請求項３】
前記上方支持基板および前記下方支持基板少なくとも一方は、基板の厚さ方向に貫通する配線用端子を有し、
前記配線部は前記配線用端子と直接接続し、
さらに前記連結部は前記配線用端子の全面と前記配線部とを覆うことを特徴とする請求項１又は２記載の力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量素子を用いて力学量を検出する力学量検出センサおよびその製造方法に関し、特に、加速度または／および角速度を検出するタイプのセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサとして、静電容量素子を利用したタイプのセンサ（いわゆる静電容量型センサ）が実用化されている。静電容量型センサは、一般に一対のガラス基板に挟まれて接合された半導体基板内に、所定の自由度をもって変位可能な重錘体を用意し、当該重錘体を加速度や角速度などに伴う変位を検出する重錘体として利用する。変位の検出は、容量素子の静電容量の値に基いて行われる（特許文献１）。
【０００３】
静電容量型センサにおいて、多軸成分の力学量を検出するために、従来、１軸のセンサを複数組み合わせて使われていたが、サイズやコストの点で問題であった。そこで、１つのセンサ素子によって多軸成分の検出を行うことが可能な静電容量型センサの研究が進んでいる。このような１つのセンサ素子によって多軸成分の力学量を検出するセンサにあっては、容量素子を用いて多軸成分の力学量の検出、あるいは重錘体の駆動を行うため、容量素子を構成する電極に対して外部への配線接続が必要になる。この配線接続を単純かつ効率的に行うために、例えば、半導体基板内に上下一対のガラス基板とを連結し、導電性材料からなる配線用の柱状体を配設し、当該柱状体により電極および金属配線との電気的接続を取る構成が開示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００７−０５７４６９号公報
【特許文献２】特開２００７−００３１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらガラス基板と半導体基板との接合時において、上述した配線用柱状体とガラス基板上の金属配線とを接続する場合、シリコンと金属配線との間でオーミックコンタクト（あるいはオーミックコンタクトとみなせる低抵抗コンタクト）が充分にとられず、当該接続部分において電気的な接続不良が生じ、その結果として、所望の検出感度が得られないことが判った。
【０００５】
本発明は上記に鑑み、センサの内部配線における配線接続不良をなくし、製品不良を抑えた静電容量型の力学量検出センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る力学量検出センサは、上方支持基板と下方支持基板の間に半導体基板を挟持して配置した構造を有し、前記半導体基板はその上端を上方支持基板と、その下端を下方支持基板とそれぞれ接合され、かつ開口を有するフレーム部と、その開口内に配置された重錘体と、前記重錘体と前記フレーム部とを可撓性を持って接続する接続部と、により構成されるセンサ部を有し、前記上方支持基板はその下面に上方電極を有し、さらに前記下方支持基板はその上面に下方電極を有し、前記上方電極と前記センサ部、及び前記下方電極と前記センサ部とで上下に容量素子を形成した力学量検出センサであって、前記半導体基板は、前記フレーム内に配置され、前記上方支持基板と前記下方支持基板を連結し不純物を含んだシリコンからなる支柱を備え、該支柱の上端あるいは下端の少なくとも一方に、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱とを連結し、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕのうちのいずれかよりなる導電性材料からなる連結部を有し、前記上方電極および前記下方電極は、容量素子の静電容量変化を検出する検出用電極と、前記重錘体を上下方向に振動駆動させる駆動用電極とを含み、さらに前記上方電極または前記下方電極はそれぞれ該電極と一体かつ、延長して構成された配線部を有し、前記支柱は前記連結部により前記配線部と接続され、前記上方支持基板および／または前記下方支持基板とを連結されており、前記支柱は、その上端あるいは下端のいずれか一方の端面及び前記支柱の側面に対して切欠部を有し、前記連結部は、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱との連結に先立ち前記支柱の上端あるいは下端から突出するように前記切欠部に配設され、連結時に潰れて前記配線部と接続されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る力学量検出センサは、上方支持基板と下方支持基板の間に半導体基板を挟持して配置した構造を有し、前記半導体基板はその上端を上方支持基板と、その下端を下方支持基板とそれぞれ接合され、かつ開口を有するフレーム部と、その開口内に配置された重錘体と、前記重錘体と前記フレーム部とを可撓性を持って接続する接続部と、により構成されるセンサ部を有し、前記上方支持基板はその下面に上方電極を有し、さらに前記下方支持基板はその上面に下方電極を有し、前記上方電極と前記センサ部、及び前記下方電極と前記センサ部とで上下に容量素子を形成した力学量検出センサであって、前記半導体基板は、前記フレーム内に配置され、前記上方支持基板と前記下方支持基板を連結し不純物を含んだシリコンからなる支柱を備え、該支柱の上端あるいは下端の少なくとも一方に、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱とを連結し、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕのうちのいずれかよりなる導電性材料からなる連結部を有し、前記上方電極および前記下方電極は、容量素子の静電容量変化を検出する検出用電極と、前記重錘体を上下方向に振動駆動させる駆動用電極とを含み、さらに前記上方電極または前記下方電極はそれぞれ該電極と一体かつ、延長して構成された配線部を有し、前記支柱は前記連結部により前記配線部と接続され、前記上方支持基板および／または前記下方支持基板とを連結されており、前記支柱は、その上端あるいは下端のいずれか一方の端面及び前記支柱の側面に対して切欠部を有し、該切欠部に前記連結部が配設され、前記連結部の一部は、前記支柱の側面からはみ出していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、静電容量型の力学量検出センサにおいて、配線接続不良をなくし、製品不良を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
＜力学量検出センサの構造＞
図１は力学量検出センサ１００を分解した状態を表す分解斜視図である。力学量センサ１００は、半導体基板Ｗを、その上下に位置する上方支持基板１４０と下方支持基板１５０との間で挟んで構成されている。半導体基板Ｗは、第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０が順に積層して構成される。半導体基板Ｗは後述するような製造過程により、半導体基板Ｗの内側を刳り貫いたような開口を有するフレーム（第１の構造体１１０における固定部１１１と、第２の構造体１３０における台座１３１とを含む）と、このフレーム内に可撓性を有する接続部１１３により変位可能に支持される重錘体（第１の構造体１１０における変位部１１２と、第２の構造体１２０における重量部１３２とを含む）とが、一体的に構成され、力学量検出するセンサ部を形成している。さらにフレーム内に、上下支持基板（１４０、１５０）とを連結するように支柱（支柱上層部１１４、接合体１２０、支柱下層部１３４とが積層して構成される）を有する。
図２は、力学量検出センサ１００の一部（第１の構造体１１０、第２の構造体１３０）をさらに分解した状態を表す分解斜視図である。図３、４、５はそれぞれ、第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０の上面図である。図６、図７、図８はそれぞれ、上方支持基板１４０の下面図、下方支持基板１５０の上面図、および下方支持基板１５０の下面図である。図９、図１０はそれぞれ、力学量検出センサ１００を図１のＢ−Ｂ及びＣ−Ｃに沿って切断した状態を表す断面図であり、図１１は力学量検出センサ１００における６組の容量素子を示す断面図であり、図１２は支柱と配線層との連結箇所の拡大図である。図１３は力学量検出センサ１００の製造方法を表すＢ−Ｂに沿った断面図である。図１４は、陽極接合前における切欠部の掘り込み量（Ｄ）と連結部の支柱端面に対する突出量（Ｘ）との関係を示す模式図である。
【００１０】
第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０、上方支持基板１４０、下方支持基板１５０は、その外周が例えば、３〜５ｍｍ辺の略正方形状であり、これらの高さはそれぞれ、例えば、２０μｍ、２μｍ、６００μｍ、５００μｍ、５００μｍである。
第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０はそれぞれ、シリコン、酸化シリコン、シリコンから構成可能であり、力学量検出センサ１００は、シリコン／酸化シリコン／シリコンの３層構造をなすＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて製造可能である。第１の構造体１１０、第２の構造体１３０を構成するシリコンには、全体に例えばボロン等の不純物が含まれる導電性を有することが好ましい。後述するように、第１の構造体１１０、第２の構造体１３０を不純物が含まれるシリコンで構成することにより、力学量検出センサ１００の配線を簡略にすることができる。本実施の形態では、第１の構造体１１０及び第２の構造体１３０に不純物が含まれるシリコンを使用している。
また、上方支持基板１４０、下方支持基板１５０はそれぞれ、ガラス材料から構成され、例えば、ナトリウムなどの可動イオン含むガラス材料（パイレックス（登録商標）ガラス）を用いる。
【００１１】
第１の構造体１１０は、固定部１１１（１１１ａ〜１１１ｃ）、変位部１１２（１１２ａ〜１１２ｅ）、接続部１１３（１１３ａ〜１１３ｄ）、支柱上層部１１４（１１４ａ〜１１４ｊ）から構成される。第１の構造体１１０は、半導体材料の膜をエッチングして開口１１４ａ〜１１４ｄ及び支柱上層部１１４ａ〜１１４ｊを形成することで作成できる。
【００１２】
固定部１１１は、枠部１１１ａと突出部１１１ｂ、１１１ｃとに区分できる。枠部１１１ａは、外周、内周が共に略正方形の枠形状の基板である。突出部１１１ｂは、枠部１１１ａの内周のコーナー部に配置され、変位部１１２ｂに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、０°方向に）突出する略正方形の基板である。突出部１１１ｃは、枠部１１１ａの内周のコーナー部に配置され、変位部１１２ｄに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、１８０°方向に）突出する略正方形の基板である。枠部１１１ａと突出部１１１ｂ、１１１ｃは、一体的に構成されている。
【００１３】
変位部１１２は、変位部１１２ａ〜１１２ｅから構成される。変位部１１２ａは、外周が略正方形の基板であり、固定部１１１の開口の中央近傍に配置される。変位部１１２ｂ〜１１２ｅは、外周が略正方形の基板であり、変位部１１２ａを４方向（Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向）から囲むように接続、配置され、変位部１１２全体としては、例えば、鉛直視略クローバー状の形状を有している。変位部１１２ａ〜１１２ｅはそれぞれ、接合部１２０によって後述の重量部１３２ａ〜１３２ｅと接合され、固定部１１１に対して一体的に変位する。
【００１４】
変位部１１２ａの上面は、駆動用電極Ｅ１（後述する）として機能する。この変位部１１２ａの上面の駆動用電極Ｅ１は、上方支持基板１４０の下面に設置された後述する駆動用電極１４４ａと容量性結合し、この間に印加された電圧によって変位部１１２をＺ軸方向に振動させる。なお、この駆動の詳細は後述する。
【００１５】
変位部１１２ｂ〜１１２ｅの上面は、変位部１１２のＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する検出用電極Ｅ１（後述する）としてそれぞれ機能する。この変位部１１２ｂ〜１１２ｅの上面の検出用電極は、上方支持基板１４０の下面に設置された後述する検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅとそれぞれ容量性結合する（変位部１１２のｂ〜ｅのアルファベットと、検出用電極１４４のｂ〜ｅのアルファベットは、それぞれ順に対応している）。なお、この検出の詳細は後述する。
【００１６】
接続部１１３ａ〜１１３ｄは略長方形の基板であり、固定部１１１と変位部１１２ａとを４方向（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、４５°、１３５°、２２５°、３１５°方向）で接続する。接続部１１３ａ〜１１３ｄは、枠部１１１ａに近い側の領域では、台座１３１の突出部１３１ｃ（後述する）と接合部１２０によって接合されている。接続部１１３ａ〜１１３ｄのその他の領域、すなわち変位部１１２ａに近い側の領域では、対応する領域に突出部１３１ｃが形成されておらず、厚みが薄いため、可撓性を有している。接続部１１３ａ〜１１３ｄの枠部１１１ａに近い側の領域が、突出部１３１ｃと接合されているのは、大きな撓みにより接続部１１３ａ〜１１３ｄが損傷することを防止するためである。  接続部１１３ａ〜１１３ｄは、撓みが可能な梁として機能する。接続部１１３ａ〜１１３ｄが撓むことで、変位部１１２が固定部１１１に対して変位可能である。
【００１７】
支柱上層部１１４は、支柱上層部１１４ａ〜１１４ｊから構成される。支柱上層部１１４ａ〜１１４ｊは、略正方形の基板であり、固定部１１１の内周に沿い、かつ変位部１１２の周囲に配置される。
【００１８】
支柱上層部１１４ｈ、１１４ａは、変位部１１２ｅの端面と対向する端面を有し、支柱上層部１１４ｂ、１１４ｃは、変位部１１２ｂの端面と対向する端面を有し、支柱上層部１１４ｄ、１１４ｅは、変位部１１２ｃの端面と対向する端面を有し、支柱上層部１１４ｆ、１１４ｇは、変位部１１２ｄの端面と対向する端面を有している。図１に示すように、支柱上層部１１４ａ〜１１４ｈはそれぞれ、変位部１１２の８つの端面のうちの１つと対向する端面を有して、アルファベット順に右回りで配置されている。支柱上層部１１４ｉ、支柱上層部１１４ｊは、Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、それぞれ９０°、２７０°の方向に配置される。
【００１９】
支柱上層部１１４ａ〜１１４ｈはそれぞれ、接合部１２０によって後述する支柱下層部１３４ａ〜１３４ｈと接合される（支柱上層部１１４のａ〜ｈのアルファベットと、支柱下層部１３４のａ〜ｈのアルファベットは、それぞれ順に対応している）。
支柱上層部１１４と支柱下層部１３４は、上方支持基板１４０と下方支持基板１５０とを連結し、かつ配線の用途で用いられる。なお、この詳細は後述する。
【００２０】
第２の構造体１３０は、外形が略正方形であり、台座１３１（１３１ａ〜１３１ｄ）、重量部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）、及び支柱下層部１３４(１３４ａ〜１３４ｊ）から構成される。第２の構造体１３０は、半導体基板Ｗをエッチングして開口１３３、支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊ、及びポケット１３５（後述する）を形成することで、作成可能である。なお、台座１３１と、支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊは、互いに高さがほぼ等しく、重量部１３２は、台座１３１及び支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊよりも高さが低い。重量部１３２と下方支持基板１５０との間に間隙（ギャップ）を確保し、重量部１３２の変位を可能にするためである。台座１３１と、支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊと、重量部１３２は、それぞれ離間して配置される。
【００２１】
台座１３１は、枠部１３１ａと突出部１３１ｂ〜１３１ｄとに区分できる。
枠部１３１ａは、外周、内周が共に略正方形の枠形状の基板であり、固定部１１１の枠部１１１ａと対応した形状を有する。
突出部１３１ｂは、枠部１３１ａの内周のコーナー部に配置され、重量部１３２ｂに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、０°方向に）突出する略正方形の基板であり、固定部１１１の突出部１１１ｂと対応した形状を有する。
【００２２】
突出部１３１ｃは、４つの略長方形の基板であり、Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、４５°、１３５°、２２５°、３１５°方向に枠部１３１ａから重量部１３２ａに向かってそれぞれ突出し、一端が台座１３１の枠部１３１ａと接続され、他端は重量部１３２ａと離間して配置されている。突出部１３１ｃは、接続部１１３ａ〜１１３ｄと対応する領域のうち、枠部１３１ａ側の略半分の領域に形成されており、他の領域、すなわち、重量部１３２側の略半分の領域には形成されていない。
【００２３】
突出部１３１ｄは、枠部１３１ａの内周のコーナー部に配置され、重量部１３２ｄに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、１８０°方向に）突出する略正方形の基板内に、この基板の表面と裏面とを貫通するポケット１３５（開口）が形成されたもので、固定部１１１の突出部１１１ｃと接合されている。
ポケット１３５は、高真空を維持するためのゲッター材料を入れる、例えば直方体形状の空間である。ポケット１３５の一方の開口端は接合部１２０によって蓋がされている。ポケット１３５の他方の開口端は下方支持基板１５０によって大部分に蓋がされているが、重量部１３２寄りの一部は蓋がされておらず、この他方の開口端と重量部１３２等が形成されている開口１３３とは一部で通じている（図示せず）。ゲッター材料は、真空封入された力学量検出センサ１００内の真空度を高める目的で残留気体を吸着するもので、例えば、Ｔｉ（チタン）やＺｒ（ジルコニウム）を主成分とする合金等で構成することができる。残留気体（例えば、陽極接合の際に発生する酸素など）を吸着できるものであれば、ゲッター材料に限られない。
枠部１１１ａと突出部１３１ｂ〜１３１ｄは、一体的に構成されている。
台座１３１は、接合部１２０によって固定部１１１、及び接続部１１３ａ〜１１３ｄの所定の領域と接続される。
【００２４】
重量部１３２は、質量を有し、加速度に起因する力あるいは、角速度に起因するコリオリ力を受ける錘（作用体）として機能する。
重量部１３２は、略直方体形状の重量部１３２ａ〜１３２ｅに区分される。中心に配置された重量部１３２aに４方向から重量部１３２ｂ〜１３２ｅが接続され、全体として一体的に変位（移動、回転）が可能となっている。即ち、重量部１３２ａは、重量部１３２ｂ〜１３２ｅを接続する接続部として機能する。重量部１３２全体は例えば、鉛直視略クローバー状の形状を有している。
【００２５】
重量部１３２ａ〜１３２ｅはそれぞれ、変位部１１２ａ〜１１２ｅと対応する略正方形の断面形状を有し、接合部１２０によって変位部１１２ａ〜１１２ｅと接合される。重量部１３２に加わった力に応じて変位部１１２が変位し、その結果、力学量の測定が可能となる。
【００２６】
重量部１３２ａ〜１３２ｅによって、重量部１３２を構成しているのは、力学量検出センサ１００の小型化と高感度化の両立を図るためである。力学量検出センサ１００を小型化（小容量化）すると、重量部１３２の容量も小さくなり、その質量が小さくなることから、力学量に対する感度も低下する。接続部１１３ａ〜１１３ｄの撓みを阻害しないように重量部１３２ｂ〜１３２ｅを分散配置することで、重量部１３２の質量を確保している。この結果、力学量検出センサ１００の小型化と高感度化の両立が図られる。
【００２７】
重量部１３２ａの下面は、駆動用電極Ｅ１（後述する）として機能する。この重量部１３２ａの下面の駆動用電極Ｅ１は、下方支持基板１５０の上面に設置された後述する駆動用電極１５４ａと容量性結合し、この間に印加された電圧によって変位部１１２をＺ軸方向に振動させる。なお、この駆動の詳細は後述する。
【００２８】
重量部１３２ｂ〜１３２ｅの下面は、変位部１１２のＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する検出用電極Ｅ１（後述する）としてそれぞれ機能する。この重量部１３２ｂ〜１３２ｅの下面の検出用電極Ｅ１は、下方支持基板１５０の上面に設置された後述する検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅとそれぞれ容量性結合する（重量部１３２のｂ〜ｅのアルファベットと、検出用電極１５４のｂ〜ｅのアルファベットは、それぞれ順に対応している）。なお、この検出の詳細は後述する。
【００２９】
支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊは、それぞれ支柱上層部１１４ａ〜１１４ｊと対応する略正方形の断面形状を有し、接合部１２０によって支柱上層部１１４ａ〜１１４ｊと接合される。支柱上層部１１４ａ〜１１４ｈ及び支柱下層部１３４ａ〜１３４ｈを接合した支柱を、以下、それぞれ「支柱ａ〜ｈ」と称する。支柱ａ〜ｈは、それぞれ電極１４４ｂ〜１４４ｅ、１５４ｂ〜１５４ｅをセンサの外部へ導くための（後述する配線用端子Ｔと接続するための）配線として用いられる。支柱上層部１１４ｉ、１１４ｊ及び支柱下層部１３４ｉ、１３４ｊをそれぞれ接合した支柱（以下、それぞれ「支柱ｉ、ｊ」と称する）は、変位部１１２をＺ軸方向に振動させるための電極と接続される配線の用途で用いられる。配線層Ｌ２、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１と接続される支柱下層部１３４ｊ、１３４ｃ、１３４ｄ、１３４ｇ、１３４ｈの下面には導電性材料からなる連結部１７０が形成され、連結部１７０と配線層Ｌとが接続され、後述する配線端子Ｔと導通がとられていることになる。
【００３０】
接合部１２０は、第１、第２の構造体１１０、１３０を接続するものである。接合部１２０は、接続部１１３の所定の領域及び固定部１１１と、台座１３１とを接続する接合部１２１と、変位部１１２ａ〜１１２ｅと重量部１３２ａ〜１３３ｅを接続する接合部１２２（１２２ａ〜１２２ｅ）と、支柱上層部１１４ａ〜１１４ｊと支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊを接続する接合部１２３（１２３ａ〜１２３ｊ）と、に区分される。接合部１２０は、これ以外の部分では、第１、第２の構造体１１０、１３０を接続していない。接続部１１３ａ〜１１３ｄの撓み、および重量部１３２の変位を可能とするためである。
なお、接合部１２１、１２２、１２３は、シリコン酸化膜をエッチングすることで構成可能である。
【００３１】
第１の構造体１１０と第２の構造体１３０とを必要な部分で導通させるため、導通部１６０〜１６２を形成している。導通部１６０は、固定部１１１と台座１３１とを導通するものであり、固定部１１１の突出部１１１ｂ及び接合部１２１を貫通している。導通部１６１は、変位部１１２と重量部１３２とを導通するものであり、変位部１１２ａ及び接合部１２２を貫通している。導通部１６２は、支柱上層部１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ｉと支柱下層部１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｅ、１３４ｆ、１３４ｉとをそれぞれ導通するものであり、支柱上層部１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ｉ及び接合部１２３をそれぞれ貫通している。
導通部１６０〜１６２は、例えば、貫通孔の縁、壁面及び底部に、例えば、Ａｌなどの金属層が形成されたものである。なお、貫通孔の形状は特に制限されないが、Ａｌ等のスパッタ等により金属層を効果的に形成できるため、導通部１６０〜１６２の貫通孔を順テーパーの錐形状にすることが好ましい。
【００３２】
上方支持基板１４０は、例えばガラス材料からなり、略直方体の外形を有し、枠部１４１と底板部１４２とを有する。枠部１４１及び底板部１４２は、基板に重錘体が変位可能なように略直方体状（例えば、縦横正方１．５〜２．５ｍｍ、深さ５μｍ）の凹部１４３を形成することで作成できる。凹部１４３は変位部１１２の最大変位量に相当する値や、所望の検出感度に応じて適宜設定することができる。
【００３３】
枠部１４１は、外周、内周が共に略正方形の枠形状の基板形状である。枠部１４１の外周は、固定部１１１の外周と一致し、枠部１４１の内周は、固定部１１１の内周よりも小さい。底板部１４２は、外周が枠部１４１と略同一の略正方形の基板形状である。上方支持基板１４０に凹部１４３が形成されているのは、変位部１１２が変位するための空間を確保するためである。変位部１１２以外の第１の構造体１１０、すなわち固定部１１１及び支柱上層部１１４ａ〜１１４ｊは、上方支持基板１４０と、例えば陽極接合によって接合される。
【００３４】
底板部１４２上（上方支持基板１４０の下面）には、変位部１１２と対向するように駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅが配置されている。駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは、いずれも導電性材料で構成することができる。駆動用電極１４４ａは、例えば略十字形状で、変位部１１２ａに対向するように凹部１４３の中央部に形成されている。検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは、それぞれ略正方形で、駆動用電極１４４ａを４方向（Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向）から囲み、それぞれ順に変位部１１２ｂ〜１１２ｅと対向して配置される。駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは、それぞれ離間している。
【００３５】
駆動用電極１４４ａには、支柱上層部１１４ｉの上面と電気的に接続される配線層Ｌ１が接続されている。検出用電極１４４ｂには、支柱上層部１１４ｂの上面と電気的に接続される配線層Ｌ４、検出用電極１４４ｃには、支柱上層部１１４ｅの上面と電気的に接続される配線層Ｌ５、検出用電極１４４ｄには、支柱上層部１１４ｆの上面と電気的に接続される配線層Ｌ６、検出用電極１４４ｅには、支柱上層部１１４ａの上面と電気的に接続される配線層Ｌ７がそれぞれ接続されている。
【００３６】
駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ、及び配線層Ｌ１、Ｌ４〜Ｌ７の構成材料には、例えば、Ｎｄを含有するＡｌを用いることができる。駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅにＮｄを含有するＡｌを用いることで（Ｎｄ含有率１．５〜１０ａｔ％）、後述する熱処理工程（上方支持基板１４０又は下方支持基板１５０の陽極接合や、ゲッター材料の活性化）で、駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅにヒロックが発生することを抑制できる。ここでいうヒロックとは、例えば、半球状の突起物をいう。これにより、駆動用電極１４４ａと、変位部１１２ａの上面に形成された駆動用電極Ｅ１（駆動用電極１４４ａと容量性結合する）との間の距離や、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅと、変位部１１２ｂ〜１１２ｅの上面に形成された検出用電極Ｅ１（検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅとそれぞれ容量性結合する）との間の距離の寸法精度を高くすることができる。
【００３７】
下方支持基板１５０は、例えばガラス材料からなり、略正方形の基板形状である。
重量部１３２以外の下方支持基板１３０、すなわち台座１３１及び支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊは、下方支持基板１５０と、例えば陽極接合によって接合される。重量部１３２は、台座１３１及び支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊよりも高さが低いため、下方支持基板１５０と接合されない。重量部１３２と下方支持基板１５０との間に間隙（ギャップ）を確保し、重量部１３２の変位を可能にするためである。
【００３８】
下方支持基板１５０の上面上には、重量部１３２と対向するように駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅが配置されている。駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは、いずれも導電性材料で構成することができる。駆動用電極１５４ａは、例えば十字形状で、重量部１３２ａに対向するように下方支持基板１５０の上面の中央近傍に形成されている。検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは、それぞれ略正方形で、駆動用電極１５４ａを４方向（Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向）から囲み、それぞれ順に重量部１３２ｂ〜１３２ｅに対向して配置される。駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは、それぞれ離間している。
【００３９】
駆動用電極１５４ａには、支柱下層部１３４ｊの下面と電気的に接続される配線層Ｌ２が接続されている。検出用電極１５４ｂには、支柱下層部１３４ｃの下面と電気的に接続される配線層Ｌ８、検出用電極１５４ｃには、支柱下層部１３４ｄの下面と電気的に接続される配線層Ｌ９、検出用電極１５４ｄには、支柱下層部１３４ｇの下面と電気的に接続される配線層Ｌ１０、検出用電極１５４ｅには、支柱下層部１３４ｈの下面と電気的に接続される配線層Ｌ１１がそれぞれ接続されている。配線層Ｌ２、Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１と接続される支柱下層部１３４ｊ、１３４ｃ、１３４ｄ、１３４ｇ、１３４ｈの下面には導電性材料からなる連結部１７０が形成され、連結部１７０と配線層Ｌとが接続され、各電極と支柱の導通がとられていることになる。なお、配線層Ｌ１、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７と接続される支柱上層部１１４ｉ、１１４ｂ、１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ａの上面に導電性材料からなる連結部１７０が形成されていてもよい。
【００４０】
駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ、及び配線層Ｌ２、Ｌ８〜Ｌ１１の構成材料には、例えば、Ｎｄを含有するＡｌを用いることができる。駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅにＮｄを含有するＡｌを用いることで（Ｎｄ含有率１．５〜１０ａｔ％）、後述する熱処理工程（半導体基板と連結部１７０とのオーミックコンタクト形成時、下方支持基板１５０の陽極接合、ゲッター材料の活性化）で、駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅにヒロックが発生することを抑制できる。これにより、駆動用電極１５４ａと、重量部１３２ａの下面に形成された駆動用電極Ｅ１（駆動用電極１５４ａと容量性結合する）との間の距離や、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅと、重量部１３２ｂ〜１３２ｅの下面に形成された検出用電極Ｅ１（検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅとそれぞれ容量性結合する）との間の距離の寸法精度を高くすることができる。
【００４１】
下方支持基板１５０には、下方支持基板１５０を貫通する配線用端子Ｔ（Ｔ１〜Ｔ１１）が設けられており、力学量検出センサ１００の外部から駆動用電極１４４ａ、１５４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ、１５４ｂ〜１５４ｅへの電気的接続を可能としている。
【００４２】
配線用端子Ｔ１の上端は、台座１３１の突出部１３１ｂの下面に接続されている。配線用端子Ｔ２〜Ｔ９は、それぞれ支柱下層部１３４ａ〜１３４ｈの下面に接続されている（配線用端子Ｔ２〜Ｔ９のＴ２〜Ｔ９の番号順と、支柱下層部１３４ａ〜１３４ｈの１３４ａ〜１３４ｈのアルファベット順とは、それぞれ対応している）。配線用端子Ｔ１０、Ｔ１１は、それぞれ支柱下層部１３４ｉ、１３４ｊの下面に接続されている。
【００４３】
配線用端子Ｔは、図９、図１０に示すように、例えば順テーパーの錐状貫通孔の縁、壁面及び底部に、例えばＡｌ等の金属膜が形成されたものであり、導通部１６０〜１６２と同様の構造をしている。配線用端子Ｔは、外部回路（図示しない）と、例えばワイヤボンディングで接続するための接続端子として使用できる。
なお、図１〜図１０では、第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０の見やすさを考慮して、下方支持基板１５０が下に配置されるように図示している。配線用端子Ｔと外部回路（図示しない）とを、例えばワイヤボンディングで接続する場合には、力学量検出センサ１００の下方支持基板１５０を例えば上になるように配置して容易に接続することができる。
【００４４】
＜力学量検出センサの配線＞
力学量検出センサ１００の配線、及び電極について説明する。
図１１は、図９に示す力学量検出センサ１００における６組の容量素子を示す断面図である。図１１では、電極として機能する部分をハッチングで示している。なお、図１１では６組の容量素子を図示しているが、前述したように力学量検出センサ１００には、１０組の容量素子が形成される。
１０組の容量素子の一方の電極は、上方支持基板１４０に形成された駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ、及び下方支持基板１５０に形成された駆動電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅである。
もう一方の電極は、変位部１１２ａの上面の駆動用電極Ｅ１、変位部１１２ｂ〜１１２ｅの上面にそれぞれ形成された検出用電極Ｅ１、及び重量部１３２ａの下面の駆動用電極Ｅ１、重量部１３２ｂ〜１３２ｅの下面にそれぞれ形成された検出用電極Ｅ１である。第１の構造体１１０及び第２の構造体１３０は、導電性材料（不純物が含まれるシリコン）から構成されているため、支柱は、配線として機能することができる。
【００４５】
コンデンサの容量は、電極間の距離に反比例するため、変位部１１２の上面及び重量部１３２の下面に駆動用電極Ｅ１や検出用電極Ｅ１があるものと仮定している。すなわち、駆動用電極Ｅ１や検出用電極Ｅ１は、変位部１１２の上面や、重量部１３２の下面の表層に別体として形成されているわけではない。変位部１１２の上面や、重量部１３２の下面が駆動用電極Ｅ１や検出用電極Ｅ１として機能すると捉えている。
【００４６】
上方支持基板１４０に形成された駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは、それぞれ順に、配線層Ｌ１、Ｌ４〜Ｌ７と連結部１７０を介して支柱上層部１１４ｉ、１１４ｂ、１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ａと電気的に接続されている。また、支柱上層部１１４ｉ、１１４ｂ、１１４ｅ、１１４ｆ、１１４ａと支柱下層部１３４ｉ、１３４ｂ、１３４ｅ、１３４ｆ、１３４ａとはそれぞれ導通部１６２で導通されている。
下方支持基板１５０に形成された駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは、それぞれ順に、配線層Ｌ２、Ｌ８〜Ｌ１１と連結部１７０を介して支柱下層部１３４ｊ、１３４ｃ、１３４ｄ、１３４ｇ、１３４ｈと電気的に接続されている。
【００４７】
したがって、これらの駆動用電極１４４ａ、１５４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ、１５４ｂ〜１５４ｅに対する配線は、支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊの下面に接続すればよい。配線用端子Ｔ２〜Ｔ９は、それぞれ支柱下層部１３４ａ〜１３４ｈの下面に配置され、配線用端子Ｔ１０、Ｔ１１は、それぞれ支柱下層部１３４ｉ、１３４ｊの下面に配置されている。
【００４８】
以上より、配線用端子Ｔ２〜Ｔ１１は、それぞれ順に、検出用電極１４４ｅ、１４４ｂ、１５４ｂ、１５４ｃ、１４４ｃ、１４４ｄ、１５４ｄ、１５４ｅ、駆動用電極１４４ａ、１５４ａと電気的に接続されている。
【００４９】
駆動用電極Ｅ１、検出用電極Ｅ１は、変位部１１２の上面及び重量部１３２の下面からそれぞれなっている。変位部１１２及び重量部１３２は、導通部１６１で導通されており、いずれも導電性材料で構成されている。台座１３１及び固定部１１１は、導通部１６０で導通されており、いずれも導電性材料で構成されている。変位部１１２と接続部１１３と固定部１１１は、導電性材料により一体的に構成されている。したがって、駆動用電極Ｅ１、検出用電極Ｅ１に対する配線は、台座１３１の下面に接続すればよい。配線用端子Ｔ１は、台座１３１の突出部１３１ｂの下面に配置されて、配線用端子Ｔ１は、駆動用電極Ｅ１、検出用電極Ｅ１と電気的に接続されている。
【００５０】
以上のように、第１の構造体１１０、及び第２の構造体１３０を導電性材料（不純物が含まれるシリコン）で構成しているので、支柱上層部１１４ａ〜１１４ｊ、及び支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊが接合された支柱ａ〜ｊに配線としての機能をもたせることができ、容量素子に対する配線を簡略にすることが可能である。
【００５１】
力学量検出センサに代表されるようなＭＥＭＳ製品の製造過程において素子などの機能部を形成してしまうと洗浄方法に制限が生じ、清浄な界面を得難い場合がある。例えば、素子を形成した状態で界面を酸やアルカリなどで洗浄すると、形成された脆弱な素子構造の破損などを引き起こす。一方、正常な界面が得られなければ、半導体と金属との接続に不良が生じることがある。
そこで、予め半導体と導通（オーミックコンタクトあるいはオーミックコンタクトとみなせる低抵抗コンタクト）がとられた連結部１７０を用いることにより、配線層Ｌとの接続に関し、半導体と金属との電気接続に比して容易であり、良好な電気特性が得られる。
また、支柱（特に支柱下層部１３４）と配線層Ｌとの接続不良を改善するために、陽極接合時の印加電圧および温度などを上げることが考えられる。しかし、陽極接合の電圧印加時から接続が安定するまでに所定の時間が必要であり、安定化する前に次の不良が引き起こされる可能性がある。具体的には支柱と配線層との連結箇所において接続が図れていないと、支柱と同じ電位となるはずの電極部分（駆動電極、検出電極）の電位が決定せず、その結果重錘体が上方あるいは下方支持基板へ静電引力により引寄せられた後、貼り付く現象（スティッキング）などの不良を引き起こす可能性がある。よって、接合条件を強化することが抜本的解決手段とはならない。本発明は接合前にシリコン−金属間の接続を形成しており、接合時においては連結部１７０にて金属同士の接触により、支柱と配線層の間で安定した導通を確保でき、陽極接合プロセスの安定化、ひいては製品の歩留まり向上をもたらすことができる。
【００５２】
図１２は支柱と配線層Ｌとの連結箇所の拡大図である。連結部１７０は、支柱上層部１１４の上面または／および支柱下層部１３４の下面の全面もしくは一部の領域に形成することができる。また、図１２（Ｂ）に示すように支柱にエッチングにより、支柱の端面から例えば、０．１μｍ〜２μｍ、より好ましくは０．３〜１μｍ掘り込んで設けた切欠部１８０に連結部１７０を成膜して形成してもよい。
切欠部１８０により連結箇所における封止をより安定させることができ、かつ連結部１７０と配線層Ｌとの接続をさらに容易とする。より好ましくは連結部１７０を配線用端子Ｔの貫通口部分を一部あるいは全面を覆うように形成する。連結部１７０は支柱の端面から、切欠部１８０の掘り込み量（Ｄ）の５〜５０％の高さだけ突出するように形成され、陽極接合に供することが好ましい（切欠部の掘り込み量（Ｄ）と連結部の突出量（Ｘ）については図１４参照）。突出量（Ｘ）が５％以下であると連結部による接続が不十分になる可能性がある。また突出量（Ｘ）が５０％以上になると接合とセンサギャップの平行度に影響を与える可能性があり、更には接合不良を引き起こす可能性がある。
【００５３】
＜力学量検出センサの動作＞
上述したように、この力学量検出センサ１００では、変位部１１２と重量部１３２が一体形成された重錘体が、固定部から延びる可撓性を有する接続部１１３により支持され、上方支持基板１４０、下方支持基板１５０、半導体基板Ｗにより囲まれた空間内で変位できるように構成されている。
【００５４】
力学量検出センサ１００を加速度センサとして用いる場合は、加速度の作用に起因して生じる重錘体の変位を検出すればよい。例えば、重錘体に対して、Ｘ軸正方向の加速度が作用したとすると、この加速度に応じた外力により、重錘体はＸ軸正方向に変位することになる。このときの変位量は作用する加速度の大きさに依存する。したがって、重錘体のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の変位をそれぞれ検出すれば、各軸方向成分の加速度の値を求めることができる。力学量検出センサ１００においては、各軸方向成分の加速度の値を、重錘体と電極とで形成される容量素子の静電容量変化を検出することで検出が可能である。
【００５５】
力学量検出センサ１００を角速度センサとして用いる場合は、重錘体を駆動用電極により上下振動させ（一般に、交流電圧を印加し、単振動させる）、角速度の作用に起因して生じる重錘体の変位を検出すればよい。例えば、重錘体がＺ軸方向に速度ｖｚで移動しているときに角速度ωが印加されると重錘体にコリオリ力Ｆが作用する。具体的には、Ｘ軸方向の角速度ωｘおよびＹ軸方向の角速度ωｙそれぞれに応じて、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｘ）およびＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｙ）が重錘体に作用する（ｍは、重錘体の質量）。Ｘ軸方向の角速度ωｘによるコリオリ力Ｆｙが印加されると、変位部１１２にＹ方向への傾きが生じる。このように、角速度ωｘ、ωｙに起因するコリオリ力Ｆｙ、Ｆｘによって変位部１１２にＹ方向、Ｘ方向の傾き（変位）が生じる。したがって、重錘体の各軸方向の変位をそれぞれ検出すれば、各軸方向成分の角速度の値を求めることができる。力学量検出センサ１００においては、各軸方向成分の角速度の値を、重錘体と電極とで形成される容量素子の静電容量変化を検出することで検出が可能である。
【００５６】
具体的には駆動用電極１４４ａ、Ｅ１間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極１４４ａ、Ｅ１が互いに引き合い、重錘体（変位部１１２と重量部１３２）はＺ軸正方向に変位する。また、駆動用電極１５４ａ、Ｅ１間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極１５４ａ、Ｅ１が互いに引き合い、変位部１１２（重量部１３２も）はＺ軸負方向に変位する。即ち、駆動用電極１４４ａ、Ｅ１間、駆動用電極１５４ａ、Ｅ１間への電圧印加を交互に行うことで、変位部１１２（重量部１３２も）はＺ軸方向に振動する。この電圧の印加は正又は負の直流波形（非印加時も考慮するとパルス波形）、半波波形等を用いることができる。変位部１１２の振動の周期は電圧を切り換える周期で決まってくる。この切換の周期は変位部１１２の固有振動数にある程度近接していることが好ましい。重錘体の固有振動数は、接続部１１３の弾性力や重量部１３２の質量等で決定される。重錘体に加えられる振動の周期が固有振動数に対応しないと、重錘体に加えられた振動のエネルギーが発散されてエネルギー効率が低下する。なお、駆動用電極１４４ａ、Ｅ１間、又は駆動用電極１５４ａ、Ｅ１間のいずれか一方のみに、重錘体の固有振動数の１／２の周波数の交流電圧を印加してもよい。
【００５７】
このとき空間（ポケット１３５）内にゲッターを配設すると、空間内の真空度を高めることでＱ値が高まり、センサの感度が高まり、より好ましい。
【００５８】
一般に、角速度信号は数ｋＨｚ以上であり、加速度信号は角速度信号よりも２桁以上も低い周波数であるため、外部の信号処理回路（図示しない）において各々を識別することができる。すなわち、加速度、角速度は外部に設けた信号処理回路により、低周波数成分（あるいはバイアス成分）、振動周波数に追随する信号をそれぞれフィルターし、各々に検出することで、１つのセンサ素子により、３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）方向の加速度および２軸（Ｘ、Ｙ）方向の角速度を検出することが可能である。また、力学量検出センサ１００を加速度／角速度のみを検出するセンサとして用いることができる。
【００５９】
＜力学量検出センサ１００の製造＞
以下、図１３（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明する。
（１）半導体基板Ｗの用意（図１３（ａ））
第１、第２、第３の層１１、１２、１３の３層を積層してなる半導体基板Ｗを用意する。第１、第２、第３の層１１、１２、１３はそれぞれ、第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０を構成するための層であり、ここでは、不純物が含まれるシリコン、酸化シリコン、不純物が含まれるシリコンからなる層とする。
【００６０】
不純物が含まれるシリコン／酸化シリコン／不純物が含まれるシリコンという３層の積層構造をもった半導体基板Ｗは、不純物が含まれるシリコン基板上にシリコン酸化膜を積層した基板と、不純物が含まれるシリコン基板とを接合後、後者の不純物が含まれるシリコン基板を所定の厚みに研磨することで作成できる（いわゆるＳＯＩ基板）。ここで、不純物が含まれるシリコン基板は、例えば、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造において、不純物をドープすることにより製造できる。シリコンに含まれる不純物としては、例えばボロンを挙げることができる。ボロンが含まれるシリコンとしては、例えば、高濃度のボロンを含み、抵抗率が０．００１〜０．０１Ω・ｃｍのものを使用できる。
【００６１】
なお、ここでは第１の層１１と第３の層１３とを同一材料（不純物が含まれるシリコン）によって構成するものとするが、第１、第２、第３の層１１、１２、１３のすべてを異なる、あるいは同一の材料によって構成してもよい。
【００６２】
（２）第１の構造体１１０の作成（図１３（ｂ））
第１の層１１をエッチングすることにより、開口１１５を形成し、第１の構造体１１０を形成する。即ち、第１の層１１に対して浸食性を有し、第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法を用いて、第１の層１１の所定領域（開口１１５ａ〜１１５ｄ）に対して、第２の層１２の上面が露出するまで厚み方向にエッチングする。このようなエッチング方法として、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などの周知のエッチング方法を用いることができる。第１の層１１の上面に、第１の構造体１１０に対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直下方に侵食する。このエッチング工程では、第２の層１２に対する浸食は行われないので、第１の層１１の所定領域（開口１１５ａ〜１１５ｄ）のみが除去される。
【００６３】
（３）接合部１２０の作成（図１３（ｂ））
第２の層１２をエッチングすることにより、接合部１２０を形成する。即ち、第２の層１２に対しては浸食性を有し、第１の層１１および第３の層１３に対しては浸食性を有しないエッチング方法により、第２の層１２に対して、その露出部分から厚み方向および層方向にエッチングする。第２の層１２に対するエッチング工程では、次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。第１の条件は、厚み方向とともに層方向への方向性をもつことであり、第２の条件は、酸化シリコン層に対しては浸食性を有するが、シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。このようなエッチング方法として、バッファド弗酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ4Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。また、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとの混合ガスを用いたＲＩＥ法によるドライエッチングも適用可能である。
【００６４】
（４）導通部１６０〜１６２の形成（図１３（ｃ））
導通部１６０〜１６２の形成は、次の１）〜２）のようにして行われる。
１）錐状貫通孔の形成
第１の構造体１１０及び第２の層１２の所定の箇所をウェットエッチングし、第２の層１２まで貫通するような錘状貫通孔を形成する。エッチング液としては、第１の構造体１１０のエッチングでは、例えば、２０％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いることができ、第２の層１２のエッチングでは、例えば、バッファド弗酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ4Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）を用いることができる。
【００６５】
２）金属層の形成
第１の構造体１１０の上面及び錐状貫通孔内に、例えばＡｌを蒸着法やスパッタ法等により堆積させて、導通部１６０〜１６２を形成する。第１の構造体１１０の上面に堆積した不要な金属層（導通部１６０〜１６２の上端の縁（図示せず）の外側の金属層）はエッチングで除去する。
【００６６】
（５）上方支持基板１４０の接合（図１３（ｄ））
上方支持基板１４０の接合は、次の１）〜２）のようにして行われる。
１）上方支持基板１４０の作成
例えば、可動イオンを含むガラス基板をエッチングして凹部１４３を形成し、駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ、及び配線層Ｌ１、Ｌ４〜Ｌ７を、例えばＮｄを含むＡｌからなるパターンによって所定の位置に形成する。
【００６７】
２）半導体基板Ｗと上方支持基板１４０の接合
半導体基板Ｗと上方支持基板１４０とを、例えば陽極接合により接合する。
第２の構造体１３０の作成前に上方支持基板１４０を陽極接合している。重量部１３２を形成する前に、上方支持基板１４０を陽極接合しているので、接続部１１３ａ〜１１３ｄには厚みの薄い領域が存在せず可撓性を有していないため、静電引力が生じても変位部１１２は上方支持基板１４０に引き寄せられない。このため、上方支持基板１４０と変位部１１２との接合を防止することができる。
【００６８】
（６）第２の構造体１３０の形成（図１３（ｅ））
第２の構造体１３０の形成は、次の１）〜２）のようにして行われる。
１）ギャップ１０の形成
第３の層１３の上面に、重量部１３２の形成領域及びその近傍を除いてレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分（重量部１３２の形成領域及びその近傍）を垂直下方へと侵食させる。この結果、重量部１３２の形成される領域の上部に重量部１３２の変位を可能とするためのギャップ１０が形成される。
【００６９】
２）第２の構造体１３０の形成
所定のマスクが形成された第３の層１３をエッチングすることにより、開口１３３、支柱下層部１３４ａ〜１３４ｊ、及びポケット１３５を形成し、第２の構造体１３０を形成する。即ち、第３の層１３に対して浸食性を有し、第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法により、第３の層１３の所定領域（開口１３３）に対して、厚み方向へのエッチングを行う。
【００７０】
このようなエッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれているエッチング方法を用いることができる。ＤＲＩＥでは材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング工程と、掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション工程と、を交互に繰り返し、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。例えば、エッチング段階では、ＳＦ6ガス、およびＯ2ガスの混合ガスを、デポジション段階では、Ｃ4Ｆ8ガスを用いることが考えられる。
【００７１】
（７）連結部１７０の形成（図１３（ｆ））
配線層と接続する所定の支柱に導電性材料からなる連結部１７０を形成する。配線層が金属材料から構成されている場合、電気接続を好適にするために導電性材料層１７０は金属材料から構成されることが好ましい。支柱下層部の下端に、例えば、Ａｌなどをスパッタ法により成膜し、シリコンと金属間のコンタクトをとるために、熱処理（約４００℃）を行う。連結部１７０のパターニングは成膜前に所定領域以外にレジストマスクを形成しておき、金属成膜後にレジストマスクを除去することで行うことができる。陽極接合前に支柱と連結部との間でオーミックコンタクトをとっておくことでより信頼性高い力学量検出センサの製造が可能となる。
上記の連結部１７０の材料は（１）低抵抗材料で電気特性上優れ、（２）比較的硬度が低く、陽極接合時の押圧によって潰れやすく、（３）半導体材料（シリコン）とのオーミックコンタクト（あるいはオーミックコンタクトとみなせる低抵抗コンタクト）が可能である点で好適である。Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕなどはオーミックコンタクト形成において、シリコンやガラスとの密着性や信頼性などの観点から連結部と支持基板の間に密着層を設けてもよい。密着層としては例えば、Ａｌの場合は支柱側からＴｉ，ＴｉＮの順の積層体、Ａｕ，Ｃｕの場合はＣｒ，Ｐｔの場合はＴｉを用いることができる。これらの密着層はスパッタ法などにより形成できる。密着層は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚みで適宜形成する。
なお、連結部１７０は、第２の構造体１３０の形成前に所定領域に形成しておいてもよい。
【００７２】
（８）下方支持基板１５０の接合（図１３（ｇ））
下方支持基板１５０の接合は、次の１）〜２）のようにして行われる。
１）下方支持基板１５０の作成
例えば、可動イオンを含むガラス基板に、駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ、及び配線層Ｌ２、Ｌ８〜Ｌ１１を、例えばＮｄを含むＡｌからなるパターンによって所定の位置に形成する。また、下方支持基板１５０をエッチングすることにより、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成するための上広の錐状貫通孔１０を所定の箇所に１１個形成する。
【００７３】
２）半導体基板Ｗと下方支持基板１５０の接合
ポケット１３５にゲッター材料（例えばサエスゲッターズジャパン社製、商品名  非蒸発ゲッターＳｔ１２２）を入れて、下方支持基板１５０と半導体基板Ｗとを、例えば陽極接合により接合する。
【００７４】
（９）配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の形成
下方支持基板１５０の上面及び錐状貫通孔１０内に、例えばＣｒ層、Ａｕ層の順に金属層を蒸着法やスパッタ法等により形成する。不要な金属層（配線用端子Ｔの上端の縁の外側の金属層）をエッチングにより除去し、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成する。
【００７５】
（１０）半導体基板Ｗ、上方支持基板１４０、下方支持基板１５０のダイシング
例えば、４００℃の熱処理によってポケット１３５内のゲッター材料を活性化した後、互いに接合された半導体基板Ｗ、上方支持基板１４０、及び下方支持基板１５０にダイシングソー等で切断し、個々の力学量検出センサ１００に分離する。なお、ゲッター材料の活性化は半導体基板Ｗと下方支持基板１５０との陽極接合と兼ねることもできる。
【実施例】
【００７６】
（実施例１）
支柱下層部にスパッタ法によりＡｌ、Ａｌ（密着層としてＴｉＮ／Ｔｉ）、Ａｕ（密着層としてＣｒを含む）、Ｃｕ（密着層としてＣｒを含む）、Ｐｔ（密着層としてＴｉを含む）をそれぞれ０．２０μｍ成膜した（密着層として、ＴｉＮを１００ｎｍ、Ｔｉを２０ｎｍの厚みで形成。またＣｒ、Ｔｉはそれぞれ５０ｎｍの厚みで形成）後、接合を行った４種類の試料を作製した。各々の試料において、電気特性を検査したところ支柱部と配線Ｌとの接続不良はなく、良好な電気特性が得られた。特に、支柱下層部にＡｌを成膜した試料については他の試料に比べ、良好な電気特性が得られた。これはＡｌの表面が酸化により金属酸化膜を形成しやすく、接合時に金属酸化膜がガラスと陽極接合するため、さらに接続が容易になるためであると考えられる。
【００７７】
（実施例２）
支柱下層部の端面の掘り込み量（Ｄ）として０．５μｍの切欠部を形成し、該切欠部に形成した連結部（Ａｌ）の端面に対する突出量（Ｘ）を０．０２μｍ、０．０５μｍ、０．２５μｍ、０．３０μｍとして接合を行った５種類の試料を作製した。突出量（Ｘ）が０．０２μｍの場合には、支柱部と配線Ｌとの接続が図られないチップが存在した。また、突出量（Ｘ）が０．３０μｍの場合には、陽極接合不良のチップが存在した。一方、突出量（Ｘ）を０．０５μｍ、０．２５μｍとした場合には、支柱部と配線Ｌとの接続が適切に図られ良好な電気特性が得られた。
【００７８】
（比較例１）
支柱下層部に連結部を形成せずに接合を行った試料を作製した。このとき、多面付けされたウエハ内の力学量検出センサ１００において接続不良、重錘体のガラス基板へのスティッキングなどの不良モードが見られた。
【００７９】
＜＜その他の実施形態＞＞
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００８０】
＜＜力学量検出センサ１００を用いた電子部品等について＞＞
本発明に係る力学量検出センサ１００は、例えば、ＩＣ等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって配線用端子Ｔと、電子回路基板もしくはＩＣ等の能動素子とを接続し、１つの電子部品として機能する。該電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機に搭載されて市場に流通する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る力学量検出センサ１００を分解した状態を表す分解斜視図である。
【図２】図１の力学量検出センサ１００を分解した状態を表す分解斜視図である。
【図３】第１の構造体１１０の上面図である。
【図４】接合部１２０の上面図である。
【図５】第２の構造体１３０の上面図である。
【図６】上方支持基板１４０の下面図である。
【図７】下方支持基板１５０の上面図である。
【図８】下方支持基板１５０の下面図である。
【図９】図１のＢ−Ｂに沿って切断した状態を表す断面図である。
【図１０】図１のＣ−Ｃに沿って切断した状態を表す断面図である。
【図１１】図９に示す力学量検出センサ１００における６組の容量素子を示す断面図である。
【図１２】支柱と配線層Ｌとの連結箇所の拡大図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る力学量検出センサ１００の製造方法を表すＢ−Ｂに沿った断面図である。
【図１４】陽極接合前における切欠部の掘り込み量（Ｄ）と連結部の支柱端面に対する突出量（Ｘ）との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８２】
１００：力学量検出センサ
１１０：第１の構造体
１１１：固定部
１１１ａ：枠部
１１１ｂ、１１１ｃ：突出部
１１２（１１２ａ-１１２ｅ）：変位部
１１３（１１３ａ-１１３ｄ）：接続部
１１４（１１４ａ-１１４ｊ）：支柱上層部
１１５（１１５ａ-１１５ｄ）：開口
１２０、１２１、１２２、１２３：接合部
１３０：第２の構造体
１３１：台座
１３１ａ：枠部
１３１ｂ〜１３１ｄ：突出部
１３２（１３２ａ-１３２ｅ）：重量部
１３３：開口
１３４（１３４ａ-１３４ｊ）：支柱下層部
１３５：ポケット
１４０：上方支持基板
１４１：枠部
１４２：底板部
１４３：凹部
１４４ａ：駆動用電極
１４４ｂ-１４４ｅ：検出用電極
１５０：下方支持基板
１５４ａ：駆動用電極
１５４ｂ-１５４ｅ：検出用電極
１６０-１６２：導通部
１７０：連結部
１８０：切欠部
１０：ギャップ
１１：錘状貫通孔
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４-Ｌ１１：配線層
Ｔ１-Ｔ１１：配線用端子
Ｅ１：駆動用電極、検出用電極
【図１】
0005298508.tif 000002
【図２】
0005298508.tif 000003
【図３】
0005298508.tif 000004
【図４】
0005298508.tif 000005
【図５】
0005298508.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005298508.tif 000008
【図８】
0005298508.tif 000009
【図９】
0005298508.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0005298508.tif 000012
【図１２】
0005298508.tif 000013
【図１３】
0005298508.tif 000014
【図１４】
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